Сульфатация аккумулятора что это такое, как ее определить и убрать

Исследование процесса сульфатизирующего обжига цинксодержащих хвостов производства меди с использова

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУЛЬФАТИЗИРУЮЩЕГО ОБЖИГА ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ХВОСТОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУЛЬФАТОВ ЖЕЛЕЗА

Грудинский П.И. 1, *, Дюбанов В.Г. 2

1 ORCID: 0000-0002-7358-150X,

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия;

* Корреспондирующий автор (GruPaul[at]yandex.ru)

Аннотация

Представлены результаты исследования сульфатизирующего обжига хвостов переработки медных шлаков (песков) Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ) с использованием сульфатов железа (II) и (III). Изучен элементный и фазовый состав, а также микроструктура песков СУМЗ. Путём термодинамического моделирования установлены температуры сульфатизирующего обжига и необходимые количества сульфатов железа для сульфатизации цинка и меди. Лабораторные эксперименты показали, что степень извлечения цинка и меди из обожжённых образцов в ходе водной отмывки находится в пределах 60-79% при степени перехода железа в раствор менее 1,1%. Полученные результаты сопоставимы с результатами прямого выщелачивания песков концентрированной серной кислотой.

Ключевые слова: хвосты производства меди, сульфатизирующий обжиг, сульфат железа (II), сульфат железа (III), сульфатизация.

RESEARCH OF THE PROCESS OF SULPHATING ROASTING OF ZINC-CONTAINING TAILINGS IN COPPER PRODUCTION USING IRON SULFATES

Grudinsky P.I. 1, *, Dyubanov V.G. 2

1 ORCID: 0000-0002-7358-150X,

1, 2 Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS, Moscow, Russia;

* Corresponding author (GruPaul[at]yandex.ru)

Abstract

The article presents the results of the study of sulphating roasting of tailings of copper slag processing (sands) of the Sredneuralsk copper-smelting plant (SCSP) using iron sulfates (II) and (III). The elemental and phase composition, as well as the microstructure of SCSP sands were studied. Based on the thermodynamic calculation, the temperature ranges of the sulphating roasting and the required amount of iron sulfate additives for the sulfatization of zinc and copper are established. Laboratory experiments showed that the degree of zinc and copper extraction from the calcined samples during water washing is in the range of 60-79% with the degree of transition of iron into the solution less than 1.1%. Obtained results are comparable to the results of direct leaching of sand with concentrated sulfuric acid.

Keywords: copper production tailings, sulfating roasting, iron sulfate (II), iron sulfate (III), sulfatization.

Введение

В РФ для извлечения меди добывают руды с содержанием меди 0,4-1% [1, С. 3]. В связи с истощением природных месторождений и одновременным накоплением техногенных отходов в настоящее время возникает необходимость в переработке образующихся и отвальных шлаков медной плавки. На предприятиях медной промышленности извлечение меди из них ведётся методом флотации [2]. При этом образуются хвосты обогащения шлаков плавки меди, содержания цинка и меди в которых больше, чем в рудах разрабатываемых месторождений. Только на Среднеуральском медеплавильном заводе (СУМЗ) накоплено несколько миллионов тонн таких хвостов, в которых содержится 0,3-0,45% Cu, 2,7-3,2% Zn, 33-37% Fe [3], что делает их перспективным сырьём для извлечения металлов. Эти хвосты называют техническими песками из-за высокого содержания в них кремниевых фаз. Отвальные хвосты флотации содержат медь и цинк, в основном, в виде труднообогатимых и труднорастворимых ферритов и имеют сложную минералогическую структуру, поэтому освоенные промышленные флотационные и металлургические методы не могут быть эффективны для их переработки.

В мировой практике хвосты обогащения медных руд частично вовлекаются в производство цемента [4] и бетона [5], [6]. Однако, содержащиеся в песках СУМЗ значительные количества цветных металлов ограничивают их использование в строительной отрасли. В настоящее время всё больший интерес вызывают гидрометаллургические методы извлечения меди из хвостов обогащения медеплавильных предприятий. В работе [7] был исследован метод сернокислотного выщелачивания отвальных хвостов со средним содержанием меди 0,2%. Извлечение меди в раствор составило 60-70% при низком извлечении железа (2-3%). В работе [8] были определены оптимальные условия выщелачивания хвостов серной кислотой, извлечение меди составило 84,7%. В работе [9] провели опыты по сернокислотному выщелачиванию хвостов медеплавильного производства с последующим дробным осаждением в четыре стадии с помощью Ca(OH)2 и Na2S. На выходе получили четыре продукта: железистый с 49% Fe, медный с 19,5% Cu, цинковый с 33,4% Zn и марганцевый с 14,1% Mn. Данные работ авторов [7], [10] показывают, что прямое выщелачивание хвостов с высокими концентрациями серной кислоты позволяет извлечь цинк и медь лишь на 60-85%.

В настоящей работе с целью перевода соединений цинка и меди в легко растворимую форму был опробован способ предварительного сульфатизирующего обжига хвостов с использованием сульфатов железа FeSO4 и Fe2(SO4)3 и последующей водной отмывки.

Читайте также:  Как увеличить жесткость пружины

Методы

Элементный состав хвостов производства меди (песков) Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ) был изучен на рентгенофлуоресцентном спектрометре Axios Advanced (Нидерланды), фазовый состав – на рентгеновском дифрактометре ARL X’TRA (Швейцария) с рентгеновским излучением Cu-Kα. Содержание углерода было определено на приборе LECO СS-400 (США). Микроструктуру песков исследовали методом сканирующей электронной микроскопии на приборе Zeiss EVO LS10 (Германия) с приставкой для рентгеновского энергодисперсионного микроанализа в режиме детектирования отражённых электронов.

Для термодинамических расчётов использовали программу HSC Chemistry 5.11 [11]. Расчёт равновесных состояний был выполнен в интервале температур 25-900°C и атмосферном давлении. Равновесные составы систем определяли методом минимизации энергии Гиббса для изобарно-изотермических условий. Расчёты были выполнены на 100 кг песков, компоненты малых содержаний не учитывали. На основании результатов элементного и фазового анализов в расчёты был заложен следующий состав песков: 71,25% Fe2SiO4; 5,68% ZnFe2O4; 2,11% ZnS; 3,31% ZnSiO3; 0,84% CuFe2O4; 0,65% CuFeS2; 1,64% K2SO4; 1,24% Fe3O4; 5,1% CaSiO3; 0,30% PbS; 0,38% BaSO4; 3,46% CaMgSi2O6; 3,82% Al2O3; 0,22% As2O3.

Эксперименты были проведены следующим образом. Пески СУМЗ, а также чистые реактивы FeSO4 (хч.) и Fe2(SO4)3 (хч.) были размолоты до фракции Ключевые слова

Сульфатация аккумулятора: что это такое

Сульфатация пластин среди всех неисправностей аккумуляторных батарей стоит в первой пятёрке. Так в чём же состоит этот процесс, что такое сульфатация аккумулятора и почему она происходит? На эти вопросы мы и попробуем ответить в данной статье.

Что такое сульфатация пластин аккумулятора

Сульфатация пластин аккумулятора.

Как известно, электроэнергия в аккумуляторной батарее вырабатывается при химическом взаимодействии свинцовых пластин с электролитом – водным раствором серной кислоты. Согласно законам химии одним из продуктов этой реакции (Pb + 2H2SO4 + PbO2 -> 2PbSO4 + 2H2O) является сульфат свинца PbSO4. Его осаждение на пластинах в виде белого налёта, а иногда в форме крупных кристаллов, и называется сульфатацией пластин аккумулятора или просто сульфатацией аккумулятора.

При самом неблагоприятном развитии событий сернокислый свинец превращается в плёнку, препятствующую проникновению электролита к пластинам. Это приводит к тому, что АКБ перестаёт заряжаться. То есть устройство, что называется, «берёт» заряд, но очень и очень мало.

Проще говоря, после зарядки аккумулятор с сульфатацией может показывать полную готовность к работе, но разряжается до нуля буквально в считанные минуты при подключении самой обыкновенной лампочки. О том же, чтобы провернуть коленчатый вал, не может быть и речи – пластинам, покрытым сернокислым свинцом, это вообще не под силу.

Теперь, после того, как мы описали сульфатацию в общем и целом, рассмотрим провоцирующие её факторы.

Причины сульфатации аккумулятора

Разумеется, главная причина этого явления заключается в осаждении сульфата свинца на аккумуляторные пластины. Мы об этом уже рассказали, но при каких условиях это происходит? И здесь усматривается несколько факторов, которые вызывают образование сульфатной плёнки. В их перечень входят следующие:

  • глубокий разряд АКБ;
  • сильное охлаждение;
  • долговременное хранение незаряженной батареи;
  • заливка электролита с повышенным содержанием кислоты.

Рассмотрим каждую из причин сульфатации аккумулятора подробнее и начнём с глубокого разряда аккумулятора.

Глубокий разряд

Во время зарядки сернокислый свинец практически не образуется, поскольку соединения, которые требуются для синтеза этой соли, не встречаются – при подаче заряжающего напряжения они собираются вблизи пластин с разной полярностью. При отключении зарядного тока стартует процесс разряда, и начинается взаимодействие указанных соединений с образованием сульфата свинца и его осаждением на пластины. И чем глубже разряжается аккумулятор, тем больше образуется PbSO4, следствием чего является сильная сульфатация.

Холод

Каждый автомобилист знает, что в сильный мороз всего за несколько часов батарея может разрядиться почти в ноль, что чревато сульфатацией пластин, если своевременно не подключить аккумулятор к зарядному устройству. Само по себе охлаждение не усиливает синтез сульфата свинца. Низкие температуры лишь усугубляют ситуацию с разрядом АКБ. То же самое можно сказать о длительном хранении незаряженной батареи. Если полностью заряженное устройство вполне нормально хранится в течение нескольких месяцев, то в недозаряженном аккумуляторе процесс сульфатации протекает в ускоренном режиме, и пластины покрываются плёнкой уже через несколько недель.

Неправильное обслуживание

Концентрированный электролит в аккумуляторную батарею заливают довольно редко, и обычно этим грешат неопытные автомобилисты, заметившие сульфатацию и уверенные в том, что стоит только добавить серной кислоты, и она смоет сульфатную плёнку. Однако эффект наблюдается прямо противоположный. Кислоты становится больше, а, значит, увеличивается количество «стройматериалов» для сернокислого свинца. И вуаля! Проходит два-три дня, и на пластинах видна уже не тонкая светлая плёночка, а крупные белые кристаллы, которые просто так – по щелчку пальцами – уже не удалить.

Еще одна причина сульфатации аккумулятора это высокая температура. Конечно, 70 градусов под капотом к глубокому разряду не приведут, но нагрев ускоряет химическую реакцию образования PbSO4. Вот почему слабо заряженный аккумулятор в сильный зной очень быстро сульфатируется.

Читайте также:  Термоизоляция выхлопной системы и системы впуска Coex Exhaust

Читайте также: Что такое EFB аккумуляторы и чем они отличаются от обычных.

Как определить наличие сульфатации

Пластины с разной степенью сульфатации.

Своевременная «постановка диагноза» позволит сэкономить существенную сумму денег, ведь осадок сульфата свинца на пластинах ещё не является приговором аккумулятору. На раннем этапе вовсе не обязательно покупать новый источник электроэнергии со всеми вытекающими финансовыми последствиями. Положение ещё можно исправить сравнительно простым и бюджетным методом, о котором мы расскажем ниже. Поэтому необходимо знать, как определить наличие сульфатации. Способов на самом деле не так много, чтобы в них запутаться.

Первым «тревожным звоночком» является ухудшение функциональности аккумулятора. Если вы заметили, что батарея стала заряжаться гораздо быстрее обычного и при сильном кипении электролита, то, вероятнее всего, это она и есть – сульфатация. Другой симптом состоит в существенном снижении ёмкости АКБ. Ключевое слово в данном случае – «существенном». Предположим, ёмкость вашей батареи изначально составляла 60 А·ч, а по результатам измерения вы видите лишь 25 А·ч. Это практически всегда означает, что на пластинах собрался сульфат свинца.

После возникновения подозрений остаётся только визуально убедиться в наличии сульфатации. Оговоримся сразу. Такой контроль возможен только в том случае, если аккумулятор обслуживаемый. Открутите пробки-заглушки и загляните внутрь. Белый налёт трудно не заметить, поскольку он хорошо контрастирует с чистым тёмно-серым свинцом. А уж светлые кристаллы вообще видны, что называется, невооружённым глазом. Если вы увидели налёт или кристаллические наросты, то немедленно предпринимайте меры для устранения сульфатации пластин.

Как убрать сульфатацию пластин аккумулятора

Сульфатация аккумулятора может быть устранена одним из трёх методов – механическим, химическим и электрохимическим. Первый предполагает изъятие сульфатированных пластин из корпуса и очистку их щёткой. В этом случае потребуется вскрыть корпус, на что, конечно, пойдёт не каждый автомобилист. Поэтому данный способ используется крайне редко и является, скорее, теоретическим.

Химическая очистка более распространена, но показывает недостаточную эффективность для того, чтобы считаться единственно приемлемым методом десульфатации. Для растворения налёта сернокислого свинца обычно используются кислотные химикаты, например, очень популярный ныне «Трилон Б».

Наибольшую результативность в борьбе с сульфатацией аккумулятора показывает способ, который называется электрохимическим. Он не очень быстрый, но зато чрезвычайно эффективный. Методика заключается в зарядке аккумулятора малым током (примерно 0,8-1 А) в течение 8-10 часов и последующей разрядке на протяжении такого же периода времени. После этого цикл повторяется, но только на этот раз величина зарядного тока устанавливается 2-2,5 А. Для десульфатации достаточно 2-3 циклов.

Проделать данные манипуляции можно с помощью обычного зарядного устройства с регулируемыми параметрами. Однако целесообразнее всего использовать специальное оборудование – зарядную станцию с функцией профилактической десульфатации.

Читайте также: Что делать если в машине сел аккумулятор .

Что такое сульфатация аккумуляторной батареи? Причины, признаки, меры борьбы

Возможно у вас была ситуация, когда аккумулятор, который ещё недавно выдавал большую мощность и обладал неплохим зарядом, внезапно ослаб и стал хранить совсем небольшой заряд. Скорее всего, в аккумуляторе произошёл процесс сульфатации.

Что это такое?

Говоря простым языком, сульфатация — это образование на пластинах аккумулятора больших кристаллов сульфата свинца. Такие кристаллы образуются в внештатных ситуациях и не растворяются в дальнейшем. В результате рабочая поверхность пластин оказывается забита кристаллами и объём хранимого заряда падает.

Как определить наличие процесса?

Есть несколько надёжных признаков того, что в аккумуляторе происходит процесс сульфатации электродов. Самые простые в обнаружении признаки:

  • Во время подзарядки батарея показывает, что уже получила полный заряд и начинает кипеть.
  • Если аккумулятор относится к «обслуживаемым», то на нём есть отвинчивающиеся пробки. Заглянув внутрь можно увидеть пластины. Если они покрыты светлым или бело-коричневым налётом, то процесс уже идёт.
  • Полностью заряженный аккумулятор не способен стартовать двигатель, а включённые фары сажают его полностью за пять-десять минут.
  • Частое кипение электролита. В результате образуется белый налёт на батарее.
  • Ёмкость батареи сильно падает. Замеры показывают, что батарея выдаёт от десяти до сорока процентов от заявленной ёмкости.

Почему портятся пластины аккумуляторной батареи?

Подобные процессы могут быть вызваны самыми разными причинами, но всё сводится к тому, что нарушается штатный режим работы и сульфат свинца не перерабатывается, либо образуются слишком крупные кристаллы этого вещества.

Неправильное обслуживание, повышение плотности

Частный случай неправильного обслуживания — попытка исправить ситуацию с сульфатацией, добавляя в аккумулятор концентрированного электролита или кислоты. Многие пытаются повысить плотность электролита, чтобы растопить кристаллические новообразования. Однако, это приводит к ухудшению ситуации и окончательной порче устройства.

Холод/жара — колебания температуры

Слишком высокие и слишком низкие температуры вредят вообще всему автомобилю, но на АКБ эти погодные условия оказывают по-настоящему разрушительное воздействие.

  • При холоде автомобильный аккумулятор заряжается гораздо хуже, чем в обычных условиях и не может получить нужный уровень заряда, что и провоцирует сульфатацию. Ситуация становится ещё хуже, если автомобиль используется только для коротких поездок. Тогда АКБ не успевает прогреться и процесс разрядки аккумулятора, а значит и сульфатации, ускоряется.
  • Жара, в свою очередь, ускоряет любые химические процессы, к которым относится и образование кристаллов. Тогда даже небольшая разрядка аккумулятора может начать процесс.
Читайте также:  Ответ Как шлифовать на месте Как жечь резину Как делать Burnout

Пониженный уровень электролита

По вполне понятным причинам, при понижении уровня электролита образовавшиеся на пластинах кристаллы не разрушаются, так как по ним не проходит заряд.

Длительное нахождение в разряженном состоянии

В случае, когда АКБ разряжается под ноль, так называемый «глубокий разряд», на пластинах аккумулятора образуются особо крупные кристаллы. Для того, чтобы предотвратить глубокий разряд, лучшей профилактикой будет не сажать АКБ ниже 10 вольт.

Частый заряд высокими токами

Ток большой величины быстро заряжает аккумулятор, но в нём не успевают пройти необходимые процессы, которые должны разрушать кристаллы. В результате, аккумулятор заряжен, но процесс поглощения сульфата свинца не происходит. А при использовании этого АКБ этот налёт продолжает образовываться и дальше. Соответственно, если продолжать заряжать аккумулятор только такими токами, процесс сульфатации увеличивается в геометрической прогрессии.

Способы борьбы

Десульфатация — это процесс очистки пластин АКБ от солей сульфата свинца. Есть несколько способов, которые помогут исправить ситуацию с «закупоренным» аккумулятором. Они разнятся по методу работы, необходимым расходным материалам и, естественно, денежным и трудозатратам. Кроме того, каждый из способов имеет свои особенности, которые применимы в одних ситуациях и совершенно невозможны в других.

Десульфатация специальным устройством

Существуют специальные зарядные устройства, которые чередуют короткие и слабые разряды. Это постепенно растворяет кристаллы и повышает ёмкость аккумулятора. После подобной обработки не лишним будет промыть аккумулятор и заменить электролит, хотя это и не обязательно.

Как бороться при помощи химических присадок?

Все они рассчитаны на то, чтобы очистить пластины от налёта и остановить уже начавшийся процесс сульфатации. Средняя стоимость таких присадок расходится, от 300 до 500 рублей и они бывают в виде жидкости, либо же порошка. При их использовании идет химическая реакция, которая растворяет имеющиеся кристаллы, блокирующие рабочую поверхность свинцовых пластин.

Общие правила пользования заключаются в следующем:

  1. Отогреть АКБ, если на улице холодно.
  2. Протереть поверхность батареи салфеткой, вымоченной в слабом растворе соды.
  3. Открыть крышки банок АКБ.
  4. Добавить присадку в каждую банку. Если смесь порошковая, то ей нужно предварительно растворить в небольшом количестве дистиллированной воды и только затем приступать к зарядке.
  5. Заряжать АКБ 10-12 часов, на мощности не более 2 ампера.

Электрохимический способ

Существуют и специальные средства, которые работают только в предварительно заряженных аккумуляторах или требуют тока высоких мощностей. К таким относится и Трилон-б. Этот способ предполагает, что АКБ ещё способен держать заряд и процесс сульфатации либо в процессе, либо ещё не начался. Если же аккумулятор не может держать заряд, то никакой из электрохимических способов не поможет и придётся искать другие варианты.

Как устранить своими руками?

Есть народные рецепты, предполагающие использование не промышленных средств. К примеру, предлагают очищать АКБ пищевой содой, для чего надо:

  1. Извлечь аккумулятор, слить с него старый электролит и залить внутрь кипящий раствор соды. Раствор готовится в соотношении 1 столовая ложка соды на один литр воды.
  2. Через час, после того, как раствор залит внутрь, нужно его слить, промыть внутренности АКБ и залить новый электролит.

Стоит обратить внимание, что многие народные методы бывают неэффективными, а учитывая то, что в интернете пишется много заведомо ложной информации, то и вовсе вредными, а то и опасными. Следует относится к подобным советам крайне осторожно и, если возможно, пользоваться только теми методами, которые были успешно опробованы кем-то из ваших друзей или близких, что является гарантией надёжности и работоспособности метода.

Зарядные устройства

В данном случае используются, как специальные виды зарядки, подающие ток короткими пучками, так и более радикальные методы. Например, некоторые советуют такую схему зарядки:

  1. Снять с АКБ пробки и подключить с противоположной полярностью, то есть минус на плюс, а плюс на минус.
  2. Ток нужно подавать 40 минут, во время которых электролит начнёт кипеть.
  3. В итоге, налёт будет удалён, а сам АКБ навсегда поменяет полярность.
  4. После отключения, нужно слить электролит, промыть АКБ горячей водой, залить новый электролит и поставить на зарядку с учётом новой полярности.

Если говорить в общем, про методы очистки при помощи зарядных устройств, это наименее трудозатратный способ, хотя и не такой дешёвый, как использование химических присадок.

На сколько хватает АКБ после этого?

После очистки налёта аккумулятор прослужит от полугода до двух лет, всё зависит от метода и общего износа устройства. Так, большинство народных методов помогают восстановить до половины объёма аккумулятора, но и срок службы составляет около шести месяцев. При этом, некоторые народные или экстремальные методы помогают очень хорошо, но после повторной поломки АКБ его остаётся только сдать на переработку – починить его не удастся никаким образом.

Ссылка на основную публикацию
Стук в рулевой колонке Тойота Камри 40, ремонт рулевого вала
Крестовина Тойота Камри 40 стук в руле, замена крестовины рулевого вала Распространенной проблемой в Камри 40 является появление стука в...
Стоит ли ставить газ на авто поговорим о недостатках ГБО
Стоит ли ставить ГБО на авто плюсы и минусы, экономия, потеря мощности В последнее время очень заметно выросли цены на...
Стоит ли устанавливать фаркоп на Ниву 2121 своими руками
Установка фаркопа на Ниву своими руками Нюансы установки Монтаж фаркопа осуществляется в такой последовательности: Автомобиль загоняется на эстакаду или смотровую...
Стук в трубах отопления частного дома основные причины и способы устранения
Почему стучат трубы отопления - стук в отопительных трубах 1 Как бороться с гулом в трубах 2 Вода в батареях...
Adblock detector